DNA損傷が自然免疫を惹起する多階層の分子機構の解明

• Project/Area Number: 23K25002
• Project/Area Number (Other): 22H03748 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63030:Chemical substance influence on environment-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 佐々 彰 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (10738347)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2025: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: DNA損傷 / ゲノム不安定性 / RNA前駆体 / 自然免疫 / エピジェネティクス / DNA修復

Outline of Research at the Start

ゲノムDNA損傷を修復する仕組みの機能不全は、がんや先天性疾患の原因となる。DNA修復の欠損は自然免疫応答を介して細胞老化や細胞死を引
き起こし、その仕組みは傷ついた自己DNA断片に起因するDNA損傷応答として理解されてきた。本研究では、恒常的にDNA損傷が生成する疾患モ
デルをもとに、ゲノム変異からエピジェネティックな変化まで異なる階層のゲノム不安定性から自然免疫応答につながる分子機構を明らかにし
、DNA修復不全を起因とする疾患の病態解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ゲノムDNA損傷を修復する仕組みの機能不全は、がんや先天性疾患の原因となる。DNA修復の欠損は自然免疫応答を介して細胞老化や細胞死を引き起こし、その仕組みは傷ついた自己DNA断片に起因するDNA損傷応答として理解されてきた。本研究では、DNA修復酵素RNase H2を欠損して恒常的にDNA損傷が蓄積するヒトTK6細胞株をもとに、如何なる経路でDNA鎖切断ならびにゲノム変異が誘発され、その結果として自然免疫応答に至るのかを同定することを目的とした。
本年度は、RNase H2の欠損または変異下で変動するオープンクロマチン領域について、ATAC-seqによる解析を行った。まずATAC-seqを安定的に運用するために、ライブラリー調製に要するトランスポゼースTn5の過剰発現・精製プロトコールを確立した。自家製Tnを用いて調製したライブラリーは、市販品Tn5を利用した場合と同等以上の品質であることが確認できた。ATAC-seq解析の結果、RNase H2の機能が失われた細胞株では、自己炎症疾患の発症に直結する自然免疫応答遺伝子群における構造変化が認められた。またこれらのクロマチン構造変化は、RNA seq解析による遺伝子発現動態と密接な相関が認められた。以上から、ゲノムDNA損傷に起因する遺伝子発現およびクロマチン構造動態を同定することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

DNA損傷が蓄積した細胞株シリーズを用いて、RNA0-seqおよびATAC-seq解析によって自己炎症疾患につながる遺伝子群の発現・クロマチン構造変動を同定すると共に、その原因となるDNA損傷の形態までを捉えることができた。以上から、本研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

ATAC-seqで得られたデータをもとに、自然免疫応答遺伝子群に共通するモチーフの解析を進める。また自然免疫応答を司るパターン認識受容体を欠損したTK6株を用いて、DNA損傷の蓄積から下流の免疫応答シグナル経路を同定する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 上海交通大学(中国)
• [Journal Article] DNA修復の機能不全に起因する自己炎症性疾患の分子病態 (2024)
  • Author(s): 佐々彰
  • Journal Title: Bio Clinica Volume: 39 Pages: 177-179
• [Journal Article] 内因性DNA損傷を起因とした自己炎症性疾患発症の分子機構 (2023)
  • Author(s): 佐々彰
  • Journal Title: Bio Clinica Volume: 38 Pages: 803-805
• [Journal Article] Dose-dependent effects of histone methyltransferase NSD2 on site-specific double-strand break repair (2023)
  • Author(s): Iwasaki Koh、Tojo Akari、Kobayashi Haruka、Kamimura Yoshitaka、Horikoshi Yasunori、Fukuto Atsuhiko、Sun Jiying、Yasui Manabu、Honma Masamitsu、Okabe Atsushi、Fujiki Ryoji、Kaneda Atsushi、Tashiro Satoshi、Sassa Akira、Ura Kiyoe
  • Journal Title: BioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2023.10.18.562991
  • Open Access
• [Journal Article] FTO regulates the DNA damage response via effects on cell-cycle progression (2023)
  • Author(s): Liu Weiying、Yasui Manabu、Sassa Akira、You Xinyue、Wan Jingjing、Cao Yiyi、Xi Jing、Zhang Xinyu、Honma Masamitsu、Luan Yang
  • Journal Title: Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis Volume: 887 Pages: 503608-503608
  • DOI: 10.1016/j.mrgentox.2023.503608
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analytical technologies to revolutionize the environmental mutagenesis-and genome- research -from the basics to the cutting-edge research-: the Open Symposium of the Japanese Environmental Mutagen and Genome Society (JEMS), 2022 (2023)
  • Author(s): Koyama Naoki、Sassa Akira
  • Journal Title: Genes and Environment Volume: 45 Issue: 1 Pages: 9-9
  • DOI: 10.1186/s41021-023-00265-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] SARS-CoV-2のRNA依存性RNAポリメラーゼにおける損傷乗り越えRNA合成機構の解析 (2023)
  • Author(s): 赤川真崇, Gruz Petr, 菅澤薫, 浦聖恵, 佐々彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] リボヌクレアーゼH2の細胞内酵素活性がゲノム安定性に果たす役割の解明 (2023)
  • Author(s): 渡邉彩乃, 黛結衣子, 中谷一真, 浦聖恵, 板倉英祐, 佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] epi-TK試験を利用した発がんプロモーターTPAの新規エピジェネティック作用の同定 (2023)
  • Author(s): 山田治人, 小田切瑞基, 安井学, 本間正充, 杉山圭一, 浦聖恵, 佐々彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] ゲノムDNAに蓄積したリボヌクレオチドが誘発するゲノム不安定化の分子機構 (2023)
  • Author(s): 立川明日香, 吉本侑依, 高藤賢, 黛結衣子, 中谷一真, 中村真生, 福田隆之, 菅澤薫, 浦聖恵, 佐々彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] DNA損傷に起因する過剰なインターフェロン応答の分子経路の同定 (2023)
  • Author(s): 寺越菜央, 高藤賢, 中谷一真, 安井学, 本間正充, 杉山圭一, 藤木亮次, 金田篤志, 菅澤薫, 浦聖恵, 佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] アルコール発がんにおけるドライバーアダクトの探索と変異誘発メカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 本橋実奈, 別役雄毅, 高村岳樹, 小宮雅美, 佐々彰, 戸塚ゆ加里
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第52回大会
• [Presentation] 難治性炎症疾患を誘発するゲノム不安定化の分子機構 (2023)
  • Author(s): 佐々彰
  • Organizer: 変異機構研究会第34回夏の学校
  • Invited
• [Presentation] 遺伝毒性試験をプラットフォームとしたエピジェネティック作用評価法の開発 (2023)
  • Author(s): 佐々彰
  • Organizer: 第50回日本毒性学会学術年会
  • Invited
• [Presentation] 化学物質が引き起こすエピジェネティックな修飾変化を定量評価可能な“epi-TK試験”の確立 (2023)
  • Author(s): 山田治人, 小田切瑞基, 安井学, 本間正充, 杉山圭一, 浦聖恵, 佐々彰
  • Organizer: 第50回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] ヒストンメチル化酵素NSD2は,部位特異的DNA二本鎖切断の修復経路選択を制御する (2023)
  • Author(s): 岩崎滉, 清水開, 上村慶高, 堀越保則, SUN Jiying, 安井学, 本間正充, 岡部篤史, 藤木亮次, 金田篤志, 田代聡, 佐々彰, 浦聖恵
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNA中のリボヌクレオチドに起因する変異誘発機構とゲノム不安定性に関する研究 (2022)
  • Author(s): 佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
  • Invited
• [Presentation] DNA修復欠損モデルから迫る核酸誘導性自然免疫の分子機構 (2022)
  • Author(s): 佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
  • Invited
• [Presentation] DNA修復欠損による自然免疫惹起の分子メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 高藤 賢、岩崎 滉、黛 結衣子、立川 明日香、中谷 一真、安井 学、本間 正充、杉山 圭一、藤木 亮次、金田 篤志、菅澤 薫、浦 聖恵、佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
• [Presentation] ゲノム中リボヌクレオチドの蓄積が誘発するDNA二本鎖切断の修復機構 (2022)
  • Author(s): 黛 結衣子、高藤 賢、立川 明日香、中谷 一真、安井 学、本間 正充、杉山 圭一、菅澤 薫、浦 聖恵、佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
• [Presentation] クロマチン構造変化を検出可能なエピ遺伝毒性試験法の開発 (2022)
  • Author(s): 北村 蒼史、山田 治人、高藤 賢、小田切 瑞基、安井 学、本間 正充、杉山 圭一、浦 聖恵、佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
• [Presentation] γH2AXの多角的解析による内因性DNA二本鎖切断の定量評価 (2022)
  • Author(s): 立川 明日香、吉本 侑依、高藤 賢、黛 結衣子、中谷 一真、中村 真生、福田 隆之、菅澤 薫、浦 聖恵、佐々 彰
  • Organizer: 日本環境変異原ゲノム学会第51回大会
• [Presentation] DNA二本鎖切断修復におけるNSD２の機能解析 (2022)
  • Author(s): 岩﨑 滉、東條 あかり、安井 学、本間 正充、上村 慶高、孫 継英、田代 聡、佐々 彰、浦 聖恵
  • Organizer: 第40回染色体ワークショップ・第21回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] ヒストンメチル化酵素NSD2の酵素学的機能解析 (2022)
  • Author(s): 磯部 博登、小池 望実、佐々 彰、菊地 正樹、梅原 祟史、浦 聖恵
  • Organizer: 第40回染色体ワークショップ・第21回核ダイナミクス研究会
• [Presentation] B細胞の細胞増殖に果たすNSD2の機能 (2022)
  • Author(s): 磯野 太一、張 子一、許 文杰、佐々 彰、浦 聖恵
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Homeotic Gene Regulation Mediated by Histone Methyltransferase Nsd2 (2022)
  • Author(s): Isti Qonaatun, Taichi Isono, Akira Sasa, Kiyoe Ura
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Remarks] JEMS第52回大会で 山田さんがオックスフォードジャーナル賞を受賞。
  • URL: https://uralab.wordpress.com/2023/11/14/jems/
• [Remarks] JEMS第51回大会で高藤さんがベストプレゼンテーション賞を受賞．
  • URL: https://uralab.wordpress.com/2022/11/17/2/